DE2829894A1 - Vorrichtung zur selbsttaetigen regelung der fahrgeschwindigkeit eines kraftfahrzeuges mit verbrennungsmotor - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der
• Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor Die Erfindung bezieht sich auf eihe Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
• Durch Verbrennungsmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge besitzen üblicherweise eine Geschwindigkeitssteuerung derart, daß der Fahrzeuglenker die Leistung des Motors so steuert, daß die Fahrwiderstände in erwünschter Weise ausgeglichen werden. Die Leistungsanpassung geschieht dabei üblicherweise so, daß mit einem Gaspedal der Volumenstrom des Kraftstoffes für den Motor eingestellt wird, entweder durch eine mechanische Verbindung zwischen dem Gaspedal und der Drosselklappe des Vergasers bei einem Otto-Motor, oder durch eine mechanische Verbindung zwischen diesem Gaspedal und der Einspritzpumpe z. B, beim Dieselmotor.
• Wenn der Fahrzeugführer unter diesen Umständen eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit einhalten möchte oder einhalten muß, ist er gezwungen, die sich häufig ändernden Fahrwiderstände durch ständiges Ändern der Gaspedalstellung auszugleichen. Da sich die Fahrwiderstände häufig nur vergleichsweise langsam ändern, z. 3. bei langsamem Übergang von der Ebene in eine Steigung, bemerkt der Fahrer häufig erst spät eine Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Fahrgeschwindigkeit. In einem dynamischen Kolonnenfluß bedeutet dies unter Umständen eine starke Verlangsamung der Kolonnengeschwindigkeit bis hin zu einer Staubildung, was zwangsläufig mit einer Erhöhung der Unfallgefahr verbunden ist. Jede unnötige Geschwindigkeitsänderung, die sich aus einer Verzögerungs- und/oder einer Beschleunigungsphase zusammensetzen kann, bewirkt darüberhinaus im Vergleich zu einer stationären Geschwindigkeit einen erhöhten Energieverbrauch. Aus diesen beiden Gründen sowie aus Komfortgründen sind daher bereits Vorrichtungen zur automatischen Regelung der Fahrgeschwindigkeit entwickelt worden (z. B. DE-PS 821 669), bei denen mittels eines Gaspedals oder eines Handhebels ein Geschwindigkeits-Sollwert vorgegeben wird und die den Fahrzustand des Fahrzeugs bestimmenden Stellglieder (Leistungsregelung der Antriebsmaschine, Getriebeübersetzung etc.) solange verändert werden, bis die eingestellte Sollgeschwindigkeit erreicht ist. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird bei Betätigung des Gaspedals ein nicht näher definierter Geschwindigkeits-Sollwert vorgegeben, aufgrund dessen das Fahrzeug beschleunigt wird, um die dazugehörige Geschwindigkeit zu erreichen.
• Bei Betätigung des Gaspedals ist dem Fahrzeugführer also nicht bekannt, ob der von ihm gerade eingestellte Geschwindigkeits-Sollwert auch seinen Wünschen entspricht. Unter Umständen wird das Fahrzeug also nur auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die unter der von ihm gewünschten Geschwindigkeit liegt, so daß er den Sollwert nachstellen muß. Andererseits ist es möglich, daß das Fahrzeug aufgrund des eingestellten Sollwertes auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden würde, die erheblich oberhalb der gewünschten Geschwindigkeit liegt. In diesem Fall muß der Fahrzeuglenker bei Brreichen der der Fahrsituation angepaßten, gewünschten Geschwindigkeit den Geschwindigkeits-Sollwert nach unten korrigieren. Gegebenenfalls muß mehrmals eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden.
• Der so ermittelte "richtige" Geschwindigkeits-Sollwert muß durch eine entsprechende Krafteinwirkung auf das Betätigungspedal aufrechterhalten bleiben. Lediglich in den Sonderfällen, in denen definierte, beispielsweise durch Verkehrsvorschriften vorgeschriebene Geschwindigkeiten (50 km/h, 100 km/h oder 130 km/h) eingestellt werden sollen, müssen diese Schwierigkeiten nicht zwangsläufig eintreten, weil in diesen Fällen eine markierte, d. h. geeichte Pedalstellung, die dem gewünschten Geschwindigkeits-Sollwert exakt entspricht, vorgesehen werden kann.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art weiter zu verbessern und insbesondere so auszubilden, daß der Bedienungskomfort erhöht und die Sicherheit weiter verbessert wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Fahrgeschwindigkeit wird also nicht mehr direkt, sondern indirekt durch Regelung der Beschleunigung oder Verzögerung geregelt, d. h. nach Art eines permanenten Ausgleichs von Zuständsänderungen. Da bei dieser Art der Geschwindigkeitsregelung bei erreichter Wunschgeschwindigkeit ein Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs-Sollwert vom Fahrzeugführer nicht weiter vorgegeben werden muß - diese Geschwindigkeit soll ja aufrechterhalten bleiben und damit muß jede Beschleunigung oder Verzögerung unterbleiben bzw. sofort ausgeglichen werden-, wird der das Gas- bzw.
• das Bremspedal bedienende Fuß frei, so daß der Fahrer sich besser entspannen kann solange das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt bzw. fahren soll. Insbesondere-ist es also auch möglich, daß er seinen Fuß während dieser Zeit bereits in Bremsbereitschaft hält, so daß die benötigte Reaktions- und Ansprechzeit bei plötzlich erforderlichen Bremsvorgängen verringert wird.
• Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Anhand eines in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispieles werden die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert.
• In der einzigen Figur der Zeichnung ist schematisch die Regelanordnung für die selbsttätige Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor dargestellt, wobei vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges lediglich das für die Leistungsregelung dieses Motors dienende mit 1 bezifferte Stellglied gezeigt ist. Der Regelkreis besteht aus diesemyStellglied 1 , einem dem Stellglied vorgeschalteten Regler 3 sowie einem die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges erfassenden Meßorgan 2. Als Meßorgan kann jede geeignete Anordnung eingesetzt werden, die ein der Fahrgeschwindigkeit proportionales Ausgangssignal für die Regelanordnung zur Verfügung stellt. In der Zeichnung ist mit 2.1 schematisch das eigentliche Geschwindigkeitserfassungsglied durch sein Funktionsbild ( Geschwindigkeit als Funktion der Zeit) symbolisiert. Dieses Geschwindigkeitssignal wird in einem nachgeschalteten Geschwindigkeits- Spannungs-Umwandler 2.2 in eine fahrgeschwindigkeitsproportionale Spannung umgeformt. Dieses geschwindigkeitsproportionale Signal VIst wird dem Regler 3 über ein Differenzierglied 3.2, das im Ausführungsbeispiel durch einen Kondensator symbolisiert ist, zugeführt. Am Eingang des Rechenverstärkers o. ä. 3.1 des Reglers ist also die erste zeitliche Ableitung des vom Meßorgan 2 erfaßten geschwindigkeitsproportionalen Signals VIst als Ist-Wert wirksam. Der Soll-Wert wird dem Regler über ein Proportionalglied (Ohmscher Widerstand 3.4) zugeführt. Der Vollständigkeit halber ist mit 3.3 ein Rückkopplungsglied angedeutet. Ausgangsseitig ist der Regler 3 mit dem Stellglied 1 verbunden. Dieses besteht im Ausführungsbeispiel aus einem elektrischen Stellmotor 1.2 und einer mechanisch damit gekoppelten Drosselklappe 1.1 eines Vergasers, wobei die Verwendung eines OttoMotors vorausgesetzt wurde.
• Bei Einsatz eines Dieselmotors oder eines Otto-Motors mit Einspritz-Stelle pumpe tritt selbstverständlich an die / der gezeigten Drosselklappe die für diese Motortypen typische 3rennstoff-Mengenregeleinrichtung. Zur Vorgabe des Soll-Wertes für den Regler 3 sind zwei voneinander getrennte Sollwertgeber vorgesehen. Ein erster Sollwertgeber 7 ist mechanisch mit dem üblichen Gaspedal 5 und ein zweiter Sollwertgeber 8 mechanisch mit dem üblichen Bremspedal 6 gekoppelt. Diese Sollwertgeber können beispielsweise als übliche Drehpotentiometer ausgebildet sein, welche entsprechend der Winkelstellung dieser Pedale jeweils ein winkelstellungsproportionales Spannungssignal liefern. Beide Sollwertgeber sind ausgangsseitig über einen Vorverstärker 4 elektrisch so miteinander gekoppelt, daß am Ausgang dieses Vorverstärkers die - verstärkte - Differenz der von-beiden Sollwertgebern 7 und 8 gelieferten Sollvert-Signale als dem Regler 3 zuzuführendes Sollwert-Signal ansteht. Die beiden Sollwertgeber 7 und 8 sind dabei derart bemessen und angeordnet, daß bei Nichtbetätigung sowohl des Gaspedals 5 als auch des Breuspedals 6 am Ausgang des Vorverstärkers 4 der Soll-Wert Null ansteht. Der vom ersten Sollwertgeber 7 gelieferte Soll-Wert stellt dabei einen Beschleunigungs-Soll-Wert dar, während der vom zweiten Sollwertgeber 8 kommende Soll-Wert einen Verzögerungs-Soll-Wert repräsentiert. Bei Betätigung des Gaspedals5 steht dementsprechend am Sollwerteingang des Reglers 3 ein Sollwert-Signal der einen Polarität und bei Betätigung des Bremspedals 6 ein Sollwert-Signal der entgegengesetzten Polarität an.
• Die dargestellte Regelung arbeitet nach dem Prinzip des permanenten Ausgleichs von Zustandsänderungen. Solange keines der beiden Pedale 5 bzw. 6 betätigt wird, also der Soll-Wert Null am Sollwerteingang des Reglers 3 ansteht, behält das Fahrzeug exakt die Fahrgeschwindigkeit bei, mit der es gerade fährt. Das Fahrzeug fährt dann geregelt mit einer konstanten Fahrgeschwindigkeit weiter. Jede - - z. B. durch die Fahrwiderstände bedingte - Veränderung dieser Geschwindigkeit, d. h. jede Verzögerung oder Beschleunigung des Fahrzeuges, würde dazu führen, daß dem Regler 3 über das Differenzierglied 3.2 ein entsprechender Ist-Wert zugeführt werden würde. Der Regler 3 würde daher so ausgesteuert werden, daß die Drosselklappe 1.4 über den elektrischen Stellmotor 1.2 so verstellt wird, daß diese Bahrgeschwindigkeitsänderung wieder rückgängig gemacht wird.
• Eine Erhöhung oder Verringerung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges wird in gewohnter Weise durch Betätigung des Gaspedals 5 bzw.
• des Bremspedals 6, d. h. also durch Vorgabe eines Beschleunigungs- bzw.
• Verzögerungs~Sollwertes erreicht. Entsprechend der sich dadurch ergebenden Soll-Istwert-Differenz am Reglereingang wird der Regler 3 so ausgesteuert, daß das ihm nachgeschaltete Stellglied 1 entsprechend in die für eine Beschleunigung bzw. für eine Verzögerung erforderliche Richtung verstellt wird. Entsprechend der dadurch eintretenden Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeuges wird über das Meßorgan 2 eine entsprechende Geschwindigkeitsänderung erfaßt, die über das Differenzierglied 3.2 als Ist-Wert wirksam wird. Man erkennt, daß hierbei eine Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs-Regelung stattfindet.
• Dies ist für die Erfindung jedoch nebensächlich. Entscheidend ist vielmehr, daß der Fahrzeuglenker bei Erreichen der von ihm gewünschten Fahrgeschwindigkeit durch Fortnehmen seines Fußes vom gerade betätigten Fußpedal 5 bzw. 6 diesen vorliegenden Geschwindigkeitswert geregelt weiterfahren kann. Durch die Nichtbetätigung der Fußpedale steht nämlich am Sollwerteingang 7 der Soll-Wert Null an, was bedeutet, daß das Fahrzeug anschließend weder weiter beschleunigt noch weiter verzögert wird. Man erkennt, daß die gewünschte Geschwindigkeitsveränderung durch eine - vorübergehende - gezielte Verstimmung des Regelkreises erzielt wird.
• In der Figur ist erkennbar, daß das Bremspedal 6 in üblicher Weise mit einem Hauptbremszylinder 9 eines üblichen hydraulischen Bremssystems verbunden ist. Bekanntlich muß bei Betätigung eines Bremspedals aufgrund nicht vermeidbarer Elastizitäten üblicherweise erst ein gewisser Leerweg überwunden werden, ehe das Bremssystem anspricht.
• Um ein schnelleres Reagieren des Fahrzeuges auf die Betätigung des Bremspedals zu erreichen, ist es daher von Vorteil, wenn der zweite Sollwertgeber 8 zumindest annähernd spielfrei mit dem Bremspedal 6 gekoppelt ist, so daß über die Regelanordnung bereits eine Verzögerung des Fahrzeuges eintritt, ehe das eigentliche Bremssystem des Fahrzeuges wirksam wird.
• Man erkennt, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Integration der Sollwertvorgabe nicht im Regler, sondern - unter Berücksichtigung der Motorleistung und der Fahrwiderstände - über die Regelstrecke, d. h. über das Kraftfahrzeug selbst, erfolgt. Im übrigen versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die im Ausführungsbeispiel gezeigten Regelbausteine etc. beschränkt ist. Anstelle elektrischer Regelglieder können selbstverständlich auch pneumatische oder hydraulische Bauelemente Verwendung finden. Statt analoger Technik kann auch eine digitale Technik eingesetzt werden.

Claims (5)

1. ANSPRÜCHE 19 Vorrichtungzur selbsttätigen Regelung der yahrgesohwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor, wobei ein von einem durch ein Fußpedal betätigten Sollwertgeber vorgegebener Soll-Wert laufend mit einem durch ein Meßorgan ermittelten Ist-Wert verglichen wird und ein Regler bei Abweichungen zwischen Soll-und Istwert ein Stellglied, insbesondere eine Vergaserdrosselklappe oder eine Kraftstoff-Einspritzpumpe, in einem diese Abweichung beseitigenden Sinne verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (3) die erste zeitliche Ableitung eines vom Meßorgan (2) erfaßten geschwindigkeitsproportionalen Signals als Ist-Wert (VIst) und ein der Beschleuni-Isjignal als Soll-Wert xugegung oder Verzögerung entsprechendes Signal als führt ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beschleunigung des Fahrzeugs ein erster Sollwertgeber (7) mit dem Gaspedal (5)und für die Verzögerung des Fahreugs ein zweiter Sollwertgeber (8) mit dem Bremspedal (6) gekoppelt ist und daß die Differenz der von beiden Sollwertgebern (7, 8)gelieferten Sollwert-Signale -vorzugsweise unter ZwischenschaltBng eines Vorverstärkers (4)- dem Regler (3) als Soll-Wert zugeführt ist, wobei die beiden Sollwertgeber (7, 8) so ausgebildetund angeordnet sind, daß bei Nichtbetätigung beider Pedale (Gaspedal 5, Bremspedal 6) der Soll-Wert Null vorliegt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sollwertgeber (8) zumindest annähernd spielfrei mit dem Bremspedal (6) gekoppelt ist, derart, daß bei Betätigung des Bremspedals (6) eine zumindest annähernd verzögerungsfreie Verstellung dieses Sollwertgebers (8) stattfindet, während der mit dem Bremspedal (6) gleichfalls in Verbindung stehende hydraulische Hauptbremszylinder (9) des Fahrzeugs erst nach Überwindung der üblichen Leerweg verzögert auf das hydraulische Bremssystem des Fahrzeugs einwirkt.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Meßorgan (2) erfaßte geschwindigkeitsproportionale Signal (VIst) dem Regler (3) über ein Differenzorglied (3.2) als Ist-Wert zugeführt ist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (3) ausgangsseitig mit einem als Verstellorgan für die Drosselklappe (1.1) bzw. für die Mengenregelung der Brennstoffversorgung des Fahrzeugmotors dienenden elektrischen Stellmotor (1-.2) verbunden ist.